Le alghe possono essere considerate un'interessante materia prima naturale da trarre profitto dai settori farmaceutico, alimentare, dei mangimi e ambientale. Biosintetizzano una panoplia di molecole, molte delle quali non presenti negli organismi terrestri, con proprietà biologiche rilevanti 1,2. Tuttavia, è necessario implementare protocolli di coltivazione ottimizzati per le alghe marine per garantire un ampio stock di biomassa.
I metodi di coltivazione devono sempre tenere conto della natura dei talli delle alghe e della morfologia complessiva. Gracilaria gracilis è un taxon clonale, il che significa che l'organo di attacco produce più assi vegetativi. Si ottiene così la propagazione per frammentazione (riproduzione vegetativa), in quanto ciascuno di questi assi è pienamente in grado di adottare una vita indipendente dal tallo principale3. I taxa clonali possono essere integrati con successo con metodologie di coltivazione semplici e veloci in un solo passaggio, poiché grandi quantità di biomassa si ottengono dividendo il tallo in piccoli frammenti che si rigenerano rapidamente e crescono in nuovi individui geneticamente identici. In questo processo possono essere utilizzati sia talli aplontici che diplonti. Sebbene il genere presenti un complesso ciclo vitale trifasico isomorfo aplo-diplontico, la sporulazione è raramente necessaria, tranne quando è necessario il rinnovamento genetico dei ceppi per ottenere raccolti migliori. In questo caso, sia le tetraspore (spore aplontiche formate dalla meiosi) che le carpospore (spore diplontiche formate dalla mitosi) danno origine a talli macroscopici che possono poi essere cresciuti e propagati per riproduzione vegetativa4. I cicli di crescita sono dettati dalle condizioni ambientali e dallo stato fisiologico degli individui, tra gli altri fattori biologici come l'emergere di epifite e l'adesione di altri organismi. Pertanto, l'ottimizzazione delle condizioni di coltivazione è fondamentale per garantire un'elevata produttività e produrre biomassa di buona qualità5.
L'estrazione di composti bioattivi dalle alghe, tra cui G. gracilis, può essere ottenuta attraverso vari metodi 6,7. La scelta del metodo di estrazione dipende dai composti specifici di interesse, dall'applicazione target e dalle caratteristiche dell'alga. In questo studio, ci siamo concentrati sull'estrazione con solvente, che prevede l'utilizzo di solventi verdi, come acqua o etanolo, per sciogliere ed estrarre composti bioattivi dalla biomassa delle alghe. L'estrazione può essere effettuata tramite macerazione in modo versatile ed efficace e può essere utilizzata per una vasta gamma di composti. Si tratta di un metodo semplice e ampiamente utilizzato che prevede l'immersione della biomassa in un solvente per un periodo prolungato, in genere a temperatura ambiente o leggermente elevata. Il solvente viene mescolato per migliorare il processo di estrazione. Dopo il tempo di estrazione desiderato, il solvente viene separato dal materiale solido mediante filtrazione o centrifugazione.
L'acqua è un solvente comunemente usato nelle applicazioni alimentari grazie alla sua sicurezza, disponibilità e compatibilità con un'ampia gamma di prodotti alimentari. L'estrazione dell'acqua è adatta per composti polari come polisaccaridi, peptidi e alcuni fenolici. Tuttavia, potrebbe non estrarre efficacemente composti non polari. L'etanolo è anche un solvente ampiamente utilizzato nelle applicazioni alimentari e può essere efficace per estrarre una varietà di molecole bioattive, inclusi composti fenolici, flavonoidi e alcuni pigmenti. L'etanolo è generalmente riconosciuto come sicuro per l'uso negli alimenti e può essere facilmente evaporato, lasciando dietro di sé i composti estratti. Vale la pena notare che la scelta del metodo di estrazione dovrebbe considerare fattori come l'efficienza, la selettività, l'economicità e l'impatto ambientale. L'ottimizzazione dei parametri di estrazione, come la concentrazione del solvente, il tempo di estrazione, la temperatura e la pressione, è fondamentale per ottenere rese ottimali di composti bioattivi da G. gracilis o da altre alghe.
È stato riscontrato che le alghe mostrano attività antimicrobica contro un'ampia gamma di microrganismi, tra cui batteri, funghi e virus8. Questa attività è attribuita a componenti bioattivi, tra cui fenolici, polisaccaridi, peptidi e acidi grassi. Diversi studi hanno dimostrato la loro efficacia contro agenti patogeni come Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella sp. e Pseudomonas aeruginosa, tra gli altri9. L'attività antimicrobica delle alghe è attribuita alla presenza di composti bioattivi che possono interferire con le pareti cellulari microbiche, le membrane, gli enzimi e le vie di segnalazione10. Questi composti possono interrompere la crescita microbica, inibire la formazione di biofilm e modulare le risposte immunitarie.
Le alghe rosse, note anche come rodofite, sono un gruppo di alghe che possono esibire attività antimicrobica contro una varietà di microrganismi. All'interno di questo gruppo, G. gracilis contiene vari composti bioattivi che possono contribuire alla sua attività antimicrobica segnalata. Mentre le molecole specifiche possono variare, le classi comuni che sono state riportate in G. gracilis e che possono possedere proprietà antimicrobiche sono polisaccaridi, fenolici, terpenoidi e pigmenti11. Tuttavia, è importante notare che la presenza e la quantità di questi componenti possono variare a seconda di fattori come il luogo di raccolta delle alghe, la stagionalità, le condizioni fisiologiche dei talli e le condizioni ambientali. Pertanto, la classe specifica e la concentrazione di composti antimicrobici in G. gracilis possono variare di conseguenza.
È stato anche scoperto che G. gracilis ha proprietà antiossidanti, contenendo vari composti fenolici, che hanno dimostrato di eliminare i radicali liberi e ridurre lo stress ossidativo12.Gli antiossidanti aiutano a proteggere le cellule dai danni causati dalle specie reattive dell'ossigeno e hanno potenziali benefici per la salute. La capacità antiossidante può essere valutata direttamente attraverso diversi metodi, tra cui l'attività di scavenging dei radicali liberi 2,2-difenil-1-picrilidrazile (DPPH) e, indirettamente, attraverso la quantificazione del contenuto polifenolico totale (TPC)13.
Anche se un ingrediente ha una bioattività prominente, la sua valutazione della citotossicità è indispensabile per valutare le sostanze naturali e sintetiche da utilizzare a contatto con cellule o tessuti viventi. Esistono diversi metodi per misurare la citotossicità, ognuno con vantaggi e limiti. Nel complesso, offrono una serie di opzioni per valutare gli effetti nocivi di molte sostanze sulle cellule e, allo stesso tempo, per studiare i meccanismi del danno e della morte cellulare14.
In questo lavoro, utilizziamo il saggio del bromuro di 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolio (MTT), un metodo colorimetrico introdotto da Mosmann (1983)15. Questo metodo misura la riduzione dei sali di tetrazolio a un prodotto di formazano viola da parte di cellule metabolicamente attive. Maggiore è la quantità di cristalli di formazano, maggiore è il numero di cellule vitali, fornendo così una misura indiretta della citotossicità14. Poiché in questo lavoro l'acqua di G. gracilis e gli estratti di etanolo sono destinati ad essere incorporati in formulazioni dermocosmetiche, la valutazione della citotossicità in vitro viene eseguita in una linea cellulare di cheratinociti (HaCaT).
Per quanto riguarda l'applicazione alimentare, le alghe sono generalmente povere di calorie e nutrizionalmente ricche di fibre alimentari, elementi essenziali e aminoacidi, polisaccaridi, acidi grassi polinsaturi, polifenoli e vitamine 2,16. G. gracilis non fa eccezione, avendo un interessante valore nutrizionale. Freitas et al. (2021)4 hanno scoperto che G. gracilis coltivato aveva livelli più elevati di proteine e vitamina C e manteneva il livello di lipidi totali rispetto alle alghe selvatiche. Questo può rappresentare un vantaggio economico e ambientale, in quanto dal punto di vista nutrizionale la produzione è preferibile allo sfruttamento delle risorse selvatiche. Inoltre, i consumatori sono sempre più preoccupati per il tipo di cibo che mangiano, quindi è importante introdurre nuovi ingredienti per l'arricchimento alimentare e utilizzare nuove risorse per ottenere estratti che possano aggiungere valore a un prodotto e rivendicare una "clean label". Inoltre, il mercato attuale è molto competitivo e richiede lo sviluppo di nuovi prodotti e strategie innovative per differenziare i produttori dai loro concorrenti17.
L'arricchimento di prodotti a basso valore nutrizionale, come la pasta, con risorse marine, tra cui le alghe, è una strategia per introdurre questa risorsa come nuovo alimento e una strategia di differenziazione del mercato attraverso un prodotto con un valore nutrizionale distinto. D'altra parte, G. gracilis è una fonte di pigmenti rossi naturali come le ficobiliproteine18, con un alto potenziale per applicazioni nell'industria alimentare. Quest'alga ha mostrato un grande interesse in diverse aree e la sua applicazione può essere effettuata utilizzando l'alga intera, gli estratti e/o la biomassa rimanente. In questo lavoro, dimostriamo alcuni esempi di tali applicazioni.